La présente invention concerne une vanne à guillotine à haute étanchéité, à faible épaisseur et à faible encombrement transversal.
On connaît déjà des vannes à guillotine, par exemple telles que décrites dans le brevet FR-A-2 159 087, dans le brevet FR-A-1 053 141 ou dans le brevet FR-A-2 020 458, dans lesquelles le corps de vanne comprend un logement transversal traversé par un passage principal axial pour le fluide à réguler ; une pelle coulisse dans le logement transversal entre une position ouverte et une position fermée ; des moyens de manoeuvre de la pelle, accessibles de l'extérieur, permettent son actionnement entre les positions ouverte et fermée ; les faces internes du logement transversal portent deux joints annulaires en opposition, la dimension des joints étant choisie de façon que ces derniers sont en appui entre eux lorsque la pelle est en position ouverte et viennent presser les faces opposées de la pelle lorsque celle-ci est en position fermée.
Un premier inconvénient de ces vannes connues, et en particulier de la vanne décrite dans le document FR-A-2 159 087, réside dans le fait que l'organe d'actionnement de la pelle est disposé dans le prolongement de la pelle selon son axe médian de translation. Il en résulte que, en position ouverte de la pelle, l'organe d'actionnement dépasse très largement du corps de la vanne, et augmente son encombrement.
Un autre inconvénient, concernant les vannes décrites dans les documents FR-A-1 053 141 et FR-A-2 020 458 réside dans le fait que l'entraînement de la vanne est effectué par une liaison à arbre axial et excentrique ; par une telle liaison, le mouvement de la pelle est une rotation excentrée autour de l'arbre d'entraînement, et un tel mouvement n'est pas linéaire et entraîne des difficultés lorsqu'on utilise la vanne dans un dispositif de régulation automatique.
Un autre inconvénient des vannes connues réside dans le fait que, pour permettre le montage des joints et de la pelle dans le corps, on a prévu un corps en deux demi-coquilles se joignant selon un plan de joint transversal parallèle au plan de la pelle d'obturation, c'est-à-dire perpendiculaire au passage axial principal d'écoulement de fluide à réguler. Une telle forme de corps de vanne conduit à prévoir des plans de joint dont la surface est importante. Ces plans de joint, exécutés par usinage en reprise, doivent présenter une planéité suffisante pour assurer une bonne étanchéité. Il en résulte un coût de fabrication élevé, et cela explique pourquoi ces types de vannes n'ont jusqu'à ce jour pas donné lieu à des exploitations commerciales conséquentes dans les applications dans lesquelles les vannes doivent être relativement bon marché.
Un autre inconvénient de cette structure connue de corps de vanne réside dans le fait que le changement des joints annulaires nécessite le démontage du corps entier de vanne, ce qui est une opération délicate et fastidieuse, et nécessite le démontage de l'ensemble des joints de la vanne. De plus, les joints étant accessibles par l'intérieur du corps, il est nécessaire de prévoir un corps présentant une épaisseur relativement importante, ce qui augmente l'encombrement axial de la vanne.
Un premier objet de la présente invention est de prévoir une vanne dont le corps présente un encombrement transversal réduit, tout en permettant à la pelle d'obturation un mouvement de translation transversale compatible avec les dispositifs de régulation automatique.
Un autre objet de l'invention est de prévoir une telle vanne présentant un encombrement axial très réduit, notamment grâce à la constitution particulière du corps de vanne, et grâce à la disposition décalée latéralement des moyens d'entraînement de la pelle d'obturation.
L'invention a en outre pour objet de réduire considérablement le coût de fabrication du corps de vanne, en permettant d'utiliser des pièces brutes de fonderie assemblées les unes aux autres selon des plans de joint dont la surface est très réduite ; selon l'invention, les cotes d'ajustage précises nécessitant un usinage en reprise sont prévues sur des pièces rapportées dont les usinages sont très aisés. On évite ainsi les usinages en reprise sur le corps lui-même, ou plus exactement on les prévoit sur des surfaces de corps facilement accessibles et de faible dimension. On réalise ainsi une structure très particulière de corps de vanne, pour une vanne à guillotine plate à corps intégral c'est-à-dire dont le corps contient la totalité de la pelle d'obturation.
Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la vanne selon l'invention se caractérise d'une part par la constitution particulière des organes d'entraînement de la pelle d'obturation, et d'autre part par la constitution particulière du corps de vanne et des moyens de maintien des joints d'étanchéité.
En ce qui concerne les moyens d'entraînement de la pelle d'obturation, ceux-ci comprennent une tige de manoeuvre, disposée dans le corps de vanne selon une position sensiblement parallèle à l'axe de déplacement de la pelle d'obturation, la tige étant décalée latéralement dans le plan de la pelle de façon à border l'un des côtés de la pelle ; la tige de manoeuvre est reliée mécaniquement à la pelle selon une zone intermédiaire dudit côté de pelle, de préférence dans la zone centrale de ce côté ; la tige de manoeuvre est reliée à la pelle d'obturation par une chape, la pelle étant liée à la chape au moyen de goupilles axiales c'est-à-dire parallèles à l'axe du passage principal de fluide à réguler, la chape présentant deux branches disposées de part et d'autre de la pelle et écartées d'une distance supérieure à l'épaisseur du bord correspondant de pelle, pour laisser un jeu axial et un libre débattement axial de la pelle entre les joints d'obturation. Par cette disposition, la liaison entre la tige de manoeuvre et la pelle s'effectue en une zone latérale intermédiaire, et la tige est disposée selon un axe parallèle au déplacement de la pelle. On réduit ainsi considérablement l'encombrement transversal de la vanne. Une telle disposition décentrée d'entraînement est notamment rendue possible par le fait que les forces de frottement de la pelle sur les joints toriques est faible.
Selon un mode de réalisation, la tige de manoeuvre comprend une partie filetée sur laquelle se déplace, par rotation de la tige, un écrou solidaire de la chape ; dans ce mode de réalisation, il est possible d'utiliser une tige qui ne dépasse pratiquement pas du corps, seul un bouton de manoeuvre étant accessible de l'extérieur comme le représente la figure 1.
Selon un autre mode de réalisation, la tige de manoeuvre est une tige de vérin, solidaire de la chape, et admettant un mouvement de translation.
En ce qui concerne la structure du corps de vanne selon l'invention, le corps comprend une partie principale, traversée par le passage axial principal pour le fluide à réguler, et traversée perpendiculairement par un logement transversal débouchant sur un côté ; le logement transversal est obturé par une seconde partie de corps ou chapeau radial, se rejoignant à la partie principale de corps selon un plan de joint. Les deux parties de corps sont assemblées par exemple par boulonnage.
Selon un autre aspect de l'invention, les joints annulaires sont contenus dans deux sièges de joint annulaires rapportés sur la partie principale de corps ; les sièges de joints sont rapportés sur la partie principale de corps par translation axiale depuis l'extérieur vers l'intérieur de part et d'autre de la partie principale de corps, chaque siège étant conformé extérieurement pour se plaquer intérieurement sur une surface annulaire correspondante du corps et venir en butée contre une face transversale correspondante appropriée du corps. On peut avantageusement solidariser les sièges de joint au corps par emmanchement en force. Une telle disposition facilite le montage des joints, ainsi que leur démontage pour leur changement : il suffit en effet de retirer les sièges de joint, qui sont accessibles de l'extérieur, sans avoir à démonter l'ensemble du corps lui-même.
Selon un autre aspect de l'invention, les sièges rapportés de joint constituent en eux-mêmes et réalisent la portée de joint extérieure, c'est-à-dire la surface destinée à assurer l'étanchéité avec la bride de canalisation raccordée à la vanne. Cette disposition permet, par réglage de l'épaisseur du siège de joint, de régler la pression exercée par le joint annulaire sur la pelle d'obturation ; avec un même corps de vanne, on peut également adapter des types de joints différents, nécessitant des dimensions et des pressions différentes, en adaptant des sièges de joint appropriés.
Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention, apparaîtront plus en détail dans la description ci-après d'un mode de réalisation particulier faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
- - la figure 1 est une vue de face en coupe d'une vanne à guillotine selon un mode de réalisation de la présente invention ;
- - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la vanne à guillotine de la figure 1 ; et
- - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la vanne à guillotine de la figure 1.
Comme le représentent les figures 1 et 3, la vanne à guillotine selon la présente invention comprend un corps principal 11 traversé par un passage axial 12 selon l'axe I-I pour le fluide dont la vanne vise à réguler l'écoulement et une pelle 13 complètement contenue dans un logement 14 transversal ménagé dans le corps de vanne. Le logement transversal 14 s'étend transversalement par raport au passage axial 12, selon un axe IV-IV perpendiculaire à l'axe I-I. La pelle 13 est montée à coulissement dans le logement transversal 14 et peut se déplacer en translation selon l'axe IV-IV, sa surface restant perpendiculaire à l'axe I-I. Dans les figures, la pelle 13 est représentée en une position de fermeture intermédiaire et est actionnée par une tige de manoeuvre 15 latérale sortant du corps de vanne par un passage latéral 16 muni d'un presse-étoupe. La tige de manoeuvre 15 est disposée, comme le représentent les figures, selon un axe II-II sensiblement parallèle à l'axe IV-IV de déplacement de la pelle ou axe du logement transversal 14, et est décalée latéralement dans le plan de la pelle 13 de façon à border l'un des côtés de la pelle. La tige de manoeuvre 15 est munie d'une partie filetée 17 sur laquelle est monté un écrou 18 solidaire d'une chape 19 et de deux goupilles 30 axiales. La chape comporte deux bras dont l'écartement est supérieur à l'épaisseur de la partie latérale 31 de la pelle qui est insérée entre eux, pour permettre un libre débattement axial de la pelle. Les goupilles 30 traversent des trous correspondants de la partie latérale 31 de pelle, et rejoignent les bras de la chape.
La figure 2 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 1. On peut y voir la pelle 13 dans le logement 14. La pelle 13 est plus étroite que le logement transversal 14, pour permettre le libre débattement axial de la pelle. La région de l'ouverture axiale 12 est délimitée par des joints toriques 20 et 21 contenus dans des logements annulaires adéquats ménagés dans des sièges de joint 22 et 23.
Les logements annulaires des sièges de joint 22 et 23, et les joints 20 et 21 sont dimensionnés de sorte que, comme on peut le voir en partie basse de la figure 2, quand la pelle n'est pas glissée entre les joints, ceux-ci sont en appui l'un contre l'autre. Et, comme on peut le voir dans la partie haute de la figure, la pelle vient se glisser entre ces joints, les comprimant encore davantage.
La figure 3 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 1, et on peut y voir à nouveau la disposition particulière des joints 20 et 21 et de leurs logements annulaires. Dans le logement représenté à la partie droite de la figure 3 se trouve la tige de manoeuvre 15 reliée à la pelle 13 de la façon illustrée en figure 1 par l'écrou 18, la chape et les goupilles 30.
Dans le dispositif représenté en figures 1 à 3, la pelle 13 ne sort jamais du logement 14 ; on évite ainsi toute pollution par le passage de la pelle de l'extérieur vers l'intérieur du corps de vanne. D'autre part, la tige de manoeuvre pénétrant dans le logement par un presse-étoupe annulaire 16 dans lequel elle tourne, on obtient une excellente étanchéité. En outre, du fait que les joints sont en contact même en l'absence de la pelle entre eux, même si cette disposition n'empêche pas le liquide contenu dans les conduites d'entrée et de sortie de pénétrer dans le logement 14, ceci réalise un certain filtrage et évite que des particules éventuellement corrosives ou abrasives pénètrent dans le logement.
D'autre part, dans les figures 1 et 3 apparaissent les détails de constitution du corps de vanne selon la présente invention. Le corps de vanne 11 est constitué de deux parties, une partie principale 1 la plus importante, et une seconde partie 2 plus réduite ou chapeau. Les deux parties de corps se rejoignent selon un plan de joint 3 parallèle à l'axe I-I de passage principal et décalé par rapport à cet axe comme le représente la figure 1, et perpendiculaire à l'axe IV-IV du logement transversal 14. La partie principale 1 du corps est creuse, et forme la majeure partie du logement transversal 14 contenant la pelle d'obturation 13, le logement transversal 14 débouchant en haut de la partie principale de corps et étant obturé par le couvercle 2. Sur la partie droite de la figure 1, le couvercle 2 comprend en outre le presse-étoupe 16 pour le passage de la tige de manoeuvre 15, la tige étant par ailleurs maintenue à son extrémité basse dans un alésage 4 ménagé dans le fond de la partie principale 1 de corps.
La partie principale 1 de corps comprend un passage axial pour la constitution du passage principal 12 pour le fluide à réguler. Pour cela, le passage axial présente une surface intérieure cylindrique 5 d'axe I-I, bordée à ses deux extrémités d'un logement annulaire périphérique tel que le logement 6, de diamètre plus important, le fond du logement 6 ou face transversale 7 étant une face usinée dont la cote est déterminée avec précision pour former butée de positionnement axial du siège de joint correspondant 22 ou 23. Selon cette constitution, mieux représentée sur les figures 2 et 3, les sièges de joint 22 et 23 sont insérés par coulissement axial en force de part et d'autre de la partie principale 1 de corps, et viennent en butée contre les fonds 7 de logements 6. Pour cela, les sièges de joint comportent une nervure périphérique telle que la nervure 8, venant s'insérer dans le logement correspondant 6. Les sièges de joint comportent une surface extérieure cylindrique conformée pour s'adapter sans jeu dans le logement cylindrique axial de la partie principale 1 de corps, des gorges annulaires telles que la gorge 9 étant prévues pour le positionnement de joints toriques annulaires assurant l'étanchéité entre le siège de joint et la surface cylindrique axiale du corps.
La face extérieure 10 de chacun des sièges de joint est légèrement dépassante de la face extérieure correspondante du corps, et constitue en elle-même la portée de joint extérieure, pour se plaquer contre la bride correspondante de canalisation sur laquelle est assemblée la vanne.
On comprend que les sièges de joint 22 et 23 sont facilement interchangeables pour le changement des joints 20 et 21. D'autre part, les sièges de joint 22 et 23 déterminent la distance entre les joints 20 et 21 et les brides de canalisation. Le changement des sièges de joint 22 et 23 permet, par modification des cotes d'écartement entre le joint annulaire et la face de nervure 8 venant porter contre le fond 7 de logement 6, de modifier à volonté la distance entre les joints 20 et 21, et donc la pression qu'ils exercent contre la pelle 13.
Une telle constitution de corps permet la réalisation d'une vanne très plate, et d'un corps présentant un minimum de surfaces destinées à réaliser un plan de joint, telles que la surface 3.
Comme on peut le voir par exemple sur la partie basse de la figure 2 et en partie gauche de la figure 3, des protubérances supplémentaires du corps de vanne destinées à contenir des moyens de fixation tels que des alésages taraudés sont prévues sur le corps de vanne, ce qui permet la fixation du corps de vanne aux brides adjacentes de canalisation. Les diverses pièces pourront être assemblées par tout moyen classique : emboîtement, soudage, brasage, collage...
Dans un mode de réalisation pratique, la pelle qui a été représentée de façon seulement schématique pourra comprendre un bord d'attaque 24 en biseau pour mieux se glisser entre les joints et pour améliorer l'étanchéité entre les joints 20 et 21 au voisinage du bord d'attaque de la pelle quand celle-ci est à une position intermédiaire. D'autre part, de préférence, la pelle ne sera jamais complètement sortie d'une position où elle est partiellement insérée entre les joints, c'est à dire une position dans laquelle elle est un peu plus en haut que dans le cas de la figure 4, et ceci pour ne pas risquer de chasser les joints en dehors de leurs sièges lors de l'insertion de la pelle.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après.